ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : GÓRNICTWO z . 28
1968 Nr k o l . 217
KAZIMIERZ PODGÓRSKI BADANIE MODELI GÓROTWORU W TRÓJOSIOWYM STANIE NAPIĘCIA
St r e s z c z e n i e . W p r a c y podano zasady p o d o b ie ń stw a mo
delow ego, k o n c e p c ję r o z w i ą z a n i a n i e k t ó r y c h m o d e li i - m itu ją c y c h g órotw ór wraz z wykonanymi w y ro b isk am i.
1. Wstęp
Z o b s e r w a c ji p r a k ty c z n y c h w ynika, że w c z a s i e wykonywania wy
r o b i s k a g ó r n ic z e g o c i ś n i e n i e na obudowę j e s t małe i r o ś n i e ono wraz z upływem c z a s u o d k s z t a ł c e n i a s i ę s k a ł g ó ro tw o ru ku wyro
b i s k u . Matematyczne u j ę c i e ruchów g ó ro tw o ru w z a l e ż n o ś c i od t r ó j o s i o w e g o s t a n u n a p r ę ż e ń p a n u ją c e g o w g óro tw o rze o r a z od w ł a s n o ś c i s k a ł z a le ż n y c h od n a p r ę ż e ń i c z a s u j e s t b a r d z o t r u d n e ; d l a t e g o d l a u p r o s z c z e n i a p rz y jm u je s i ę p ł a s k i s t a n n a p r ę żeń o r a z że s k a ł y j a k i obudowa s t o s u j ą s i ę do t e o r i i s p r ę ż y s t o ś c i .
W p r a k t y c e z j a w i s k a o d k s z t a ł c a n i a s i ę warstw g ó ro tw o ru w małym z a k r e s i e p r z e b i e g a j ą według t e o r i i s p r ę ż y s t o ś c i , w zw iąz
ku z czym z a c h o d z i p o t r z e b a o p raco w an ia nowych wzorów d l a wy
p ro w a d z e n ia k t ó r y c h p o tr z e b n e s ą b a d a n i a modelowe. Modele na
l e ż y z a p r o je k to w a ć p r z y w y k o r z y s ta n iu z a s a d p o d o b ie ń stw a z gó
rotw orem w którym wykonane są w y ro b isk a g ó r n i c z e . B ad an ia n a le ż y przep ro w ad zać w t a k s z t u c z n i e stw o rzo n y ch warunkach k t ó - r e b y odpow iadały s ta n o w i n a p rę ż e ń panującem u w g ó ro tw o rze p r z e d wykonaniem w y ro b is k a j a k i po wykonaniu je g o w c z a s i e w sp ó łp ra cy z obudową.
2 . Z a g a d n ie n ie p o d o b ie ń stw a modelowego
P r z y opracowywaniu b adań modelowych n a l e ż y n a j p i e r w p r z y wyko
r z y s t a n i u z a s a d p o d o b ie ń stw a modelowego u s t a l i ć m a t e r i a ł y ekwi
w a le n tn e modelu o r a z g a b a r y ty modelu [ i , 2 , 3 , 4 ] ,
80 K azim ierz P o d g ó r s k i Można w yróżnić t r z y r o d z a j e p o d o b ie ń stw a w y stęp u jąc eg o w modelu i n a t u r z e :
- p odobieństw o g eo m etry czn e , - pod ob ień stw o k in e m a ty c z n e , - podobieństw o dynam iczne.
Geometryczne podobieństw o j e s t w tedy, gdy w s z y s tk ie wymiary p r z e s t r z e n i z a j ę t e j badanym układem w modelu s ą z a m ie n ia ln e p rz y pomocy o k r e ś l o n e j l i c z b y n a wymiary p r z e s t r z e n i z a j ę t e j podobnym układem w n a t u r z e .
Podo bień stw o t o można z a p i s a ć ja k o s t o s u n k i lin io w y c h wymia
rów układów n a t u r y i m o d e li
K inem atyczne podobieństw o w modelu i u k ła d u w n a t u r z e wy
s t ę p u j e w tedy, j e ś l i podobne c z ę ś c i t y c h układów poddane geo
m e tr y c z n ie podobnym naprężeniom u l e g a j ą g eo m etryczn ie podobnym o d k s z ta łc e n io m w o d s tę p a c h c z a s u r ó ż n ią c y c h s i ę s ta ły m mnoż
n ik ie m .
P odobieństw o t o można p r z e d s t a w i ć n a s t ę p u j ą c o :
Dynamiczne podobieństw o ma m i e js c e w tym p rzy p ad k u j e ś l i masy dwóch ja k i c h k o l w i e k podobnych układów modelu i n a t u r y
um iejscow ionyęh w p r z e s t r z e n i w d a n e j c h w i l i c z a s u r ó ż n i ą s i ę t y l k o s ta ły m mnożnikiem.
Można t o po do b ień stw o o k r e ś l i ć ja k o s to s u n e k mas n a t u r y i modelu:
1,
Powyższe w y ra ż e n ie można ro zw in ąć n a s t ę p u j ą c o : i 3
B adanie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 81 S to s u n e k s i ł p rz y ło ż o n y c h w n a t u r a l n y c h warunkach i w mo
d e l u fjj wynosi
f N “n * ?N * 1N * 1N . ?M * 1M * 1M »
g d z i e :
a - p r z y s p i e s z e n i e
Powyższe ró w nan ie wyraża prawo dynamicznego p o d o b ie ń stw a New
t o n a o k r e ś lo n e p r z y pomocy stosunków d ł u g o ś c i , czasów i g ę s t o ś c i w n a t u r z e i modelu [ 1 ] .
W i n t e r e s u j ą c y c h n a s p rzy p ad k ach d e f o r m a c ja i n i s z c z e n i e s k a ł y zachodzą w r e z u l t a c i e d z i a ł a n i a s i ł c i ę ż k o ś c i .
D la te g o w i e l k o ś c i a^ i aN w powyższym rów naniu będą m iały z n a c z e n ie p r z y s p i e s z e n i a s i ł y c i ę ż k o ś c i .
Można więc n a p i s a ć
= ? M * s =
ę N * aN = ę N * s
g d z i e :
g - p r z y s p i e s z e n i e ziem sk ie
<JM - c i ę ż a r o b ję to ś c io w y modelu
'fjj - c i ę ż a r o b ję to ś c io w y m a t e r i a ł u n a t u r y .
Z ależn o ść między w ie l k o ś c i a m i n a p rę ż e ń n is z c z ą c y c h p rzy jednoosiowym ś c i s k a n i u Rs i r o z c i ą g a n i u Rr z j e d n e j s t r o ny o raz między s i ł ą k o h e z j i C o r a z w spółczynnikiem t a r c i a t g f z d r u g i e j s t r o n y można p r z e d s t a w i ć :
82 K azim ierz P o d g ó rsk i
t g % = t g <f> N
Dla o k r e ś l e n i a warunków p o d o b ie ń stw a p rz y p r o c e s a c h s p r ę ż y s ty c h o d k s z t a ł c e ń powinny być s p e łn i o n e n a s t ę p u j ą c e rów na-
B - moduł s p r ę ż y s t o ś c i , v - w sp ó łczy n n ik P o is s o n a .
W podobny sposób o k r e ś lo n o warunek p o d o b ie ń stw a modelowego w tró jo sio w y m s t a n i e naprężeń.W tym c e l u w y korzystano warunek równowagi w ew nętrznej N a v ie r a [ 5 ] o raz podane z a l e ż n o ś c i skąd otrzym ano:
n i a
gdzie
B a d an ie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a , . . 83
H “ V edzM - * dwN
" N d tj j + e x N + 0 y "eź^+ ZN - 0x m + ó y + * 0 i ^ ZM“ SM 0 ^ ’
g d z ie s
6X,
irx , T xz - n a p r ę ż e n i a n a ś c i a n c e o n o rm a ln e j z ew n ętrzn e j - x w y d zielon eg o segm entu,
‘T _ r , # , T - n a p r ę ż e n i a n a ś c i a n c e w y d zielo neg o segmen-
J * - «7 «7 "
t u o n o rm a ln e j z e w n ę tr z n e j - y ,
Tzx»TZy»5z “ n a p r ę ż e n i a n a ś c i a n c e w y dzielonego segmen
t u o n o rm a ln e j z e w n ę tr z n e j - z ,
X, Y, Z - r z u t y s i ł masowych ro zp atry w an e g o segmentu na k i e r u n k i o s i w s p ó łrz ę d n y c h ,
u , v , w - p r z e m i e s z c z e n i a c i a ł a w k ie r u n k a c h ( x ) , ( y ) ,
( z ) w c z a s i e t , -
§ - masa p o d l e g a j ą c a p r z e m ie s z c z e n iu u ,v ,w . S p e ł n i e n i e podanych wymogów p o d o b ie ń stw a modelowego j e s t w p r a k t y c e c z ę s t o u tr u d n io n e d l a t e g o w p rzy pad k u m o ż liw o ści o p i s a n i a procesów n a t u r a l n y c h za pomocą równań różniczkow ych moż
n a sto so w ać k r y t e r i a p o d o b ie ń stw a matematycznego p r z y jm u ją c n i e k t ó r e mało ważne p a r a m e tr y modelu równe param etrom r z e c z y - w x s tym.
3 . B a d a n ia na modelu zachow ania s i ę s k a ł i i c h o d d z ia ły w a n ia na obudowę w c z a s i e w y rzu tu d w u tle n k u w ęgla
Wyrzuty d w u tle n k u w ęg la z d u żą i l o ś c i ą m ia łu węglowego s t a n o wią z a g r o ż e n ie d l a p r a c u j ą c e j z a ł o g i w c z a s i e p ro w ad zen ia e k s p l o a t a c j i . D la d o k ł a d n i e j s z e g o p o z n a n i a wpływu s t a n u n a p rę ż e ń i c i ś n i e n i a d w u tle n k u w ęgla na zachowanie s i ę w ęgla można p r z e p ro w adzić b a d a n i a p r ó b k i w ęgla l u b p r ó b k i m a t e r i a ł u ek w iw ale n t
n eg o , z je d n ą p ła s z c z y z n ą o d s ł o n i ę c i a ( r y s . 1 ) .
Na próbkę 1 z a k ł a d a s i ę w y c ię te p ł y t k i 2 , 3 z warstwy s p ą gu i s t r o p u lu b z m a te r ia łó w ek w iw a le n tn y c h c Pod próbkę p o d k ła d a s i ę p i e r ś c i e ń oporowy 4 n a k t ó r y nasuwa s i ę k o s z u lk ę gumową 5.
84 K azim ierz P o d g ó rsk i P r z e d n a s u n ię c ie m k o s z u l k i n a próbkę można umocować ten som e-
t r y s ł u ż ą c e do b a d a n i a o d k s z t a ł c e n i a p r ó b k i . Po n a ł o ż e n i u ko
s z u l k i gumowej na próbkę z a k ł a d a s i ę p ł y t k i d o c is k o we i mocuje k o s z u lk ę d r u tem do czopa t ł o k a a p a r a t u . Tak p rzygotow aną próbkę wsu
wa s i ę do a p a r a t u i wywiera c i ś n i e n i e boczne p rzy pomo
cy pompy o l e j o w e j . » c z a s i e ś c i s k a n i a p r ó b k i od d o łu w t ł a c z a s i ę d w u tle n ek węgla*
Po n a s y c e n i u p r ó b k i d w u tle n kiem w ęgla i j e j odpowied
nim ś c i ś n i ę c i u z a k r ę c a s i ę dopływ C02 i szybko o d k rę
c a odpływ C02 z p r ó b k i , w tym c z a s i e p r z y odpowied
n i o dużych n a p r ę ż e n ia c h wy
s t ę p u j e wypływ gazu p o łą c z o ny z wyrzutem węgla z p r ó b - R y s. 1 . Model g óro tw o ru z j e d - ^ i i wybiciem obudowy 6 . ną p ł a s z c z y z n ą o d s ł o n i ę t ą pod—
^
c z a s i e t a k i c h b adań dany c i ś n i e n i u w a p a r a c i e t r o j -osiowego ś c i s k a n i a z r ó w n o c z e s - może u jaw n ić s i ę wpływ g r u - nym d o s ta r c z e n ie m dw utlenku wę- b o ś c i p o k ła d u , r o d z a j u s p ą -
S^ a gu s t r o p u , c i ś n i e n i a dwu
t l e n k u w ęgla o ra z s t a n u n a p r ę ż e ń na s k ło n n o ś ć p o k ła d u do wy
rzutów g azu . J e ż e l i w c z a s i e b a d a n i a n i e z o s t a n i e doprowadzony d w u tle n ek w ęgla t o w badanym modelu ( r y s . 1) można u s t a l i ć j e d y n ie wpływ s t a n u n a p rę ż e ń na w y c is k a n ie s p ą g u , s t r o p u i po
k ła d u w ęgla p r z e d t ą p n ię c i e m . P a n u ją c y s t a n n a p r ę ż e ń w g óro
tw orze wpływa n a je g o o d k s z t a ł c e n i e o r a z n a w ie lk o ść c i ś n i e n i a wywieranego n a próbkę w y ro b isk a g ó r n ic z e g o .
B ad an ie m o de li g o ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 85 4 . Sposób b a d a n i a n a modelu o d d z ia ły w a n ia g ó ro tw o ru na obudo
wę szybów
Wykonywanie szybów do c o r a z t o w ię k s z e j g ł ę b o k o ś c i wymaga o - k r e ś l a n i a c i ś n i e n i a s t a t y c z n e g o i dynamicznego g ó ro tw o ru n a
obudowę w c e l u z a p r o j e k to w a n ia w ła ś c iw e j obudo
wy i o k r e ś l e n i a j e j w spół
p r a c y z g ó r o tw o r e m .K s z ta ł
to w an ie s i ę c i ś n i e n i a gó
r o tw o r u w c z a s i e p r z y zmien
n e j obudowie g e o l o g i c z n e j można o k r e ś l i ć n a p o d s t a wie przy sto sow an eg o do t e go c e l u modelu.
Na r y s . 2 p rz e d s ta w io n o model obudowy szy b u 1 o -
to c z o n y warstwami z m ate
r i a ł ó w ekw iw alentnych im i
tu j ą c y c h s k a ł ę mocną 2 i s ł a b ą 3* Do obudowy ekwi
w alen tn y ch warstw górotwo
r u warstw g ó ro tw o ru p r z y k l e j o n e s ą te n s o m e tr y 4 . Tensom etry t e w c z a s i e b a d a n i a pozwolą p o p rz e z po
m ia r o d k s z t a ł c e ń p rz y danych c i ś n i e n i a c h n a m o d el, o k r e ś l i ć w ie lk o ś ć c i ś n i e ń na obudowę pochodzących od p o s z c z e g ó ln y c h w arstw , wpływ t a r c i a między warstwami s k a ł mocnych i s ła b y c h o r a z w sp ó łp racę między warstwami a obudową. J e ż e l i w yrobisko w modelu n i e b ę d z i e obudowane do końca t o w c z a s i e b a d a n i a można u s t a l i ć d o p u s z c z a ln ą w ie lk o ś ć o d k ry teg o c z o ł a w yrobiska w z a l e ż n o ś c i od c z a s u budowy g e o l o g i c z n e j i s t a n u n a p rę ż e ń w g ó r o tw o r z e . Podany spo só b b a d a n i a d o t y c z y ł c i ś n i e n i a górotw o
r u na obudowę szybu wykonywanego w warstwach n i e zawodnionych.
J e ż e l i w y s tę p u ją w n a d k ł a d z ie warstwy zawodnione wówczas mo- R y s. 2 . Model gó ro tw o ru z wyko
nany w nim szybem
86 K asim ierz P o d g ó rsk i delowo k o r z y s t n i e j j e s t badać wpływ c i ś n i e n i a na obudowę s z y bów w u r z ą d z e n iu przedstaw ionym n a r y s .
k,
Z u s ta l o n y c h d l a d a n e j obudowy g e o lo g i c z n e j górotw oru i k o n s t r u k c j i szybu ma
t e r i a ł ó w ekw iwalentnych b u d u je s i ę wewnątrz u- r z ą d z e n i a 1 sukcesyw
n ie warstwy 2 o raz szyb 3 z podszybiem 4 . Pod
s z y b ie b u d u je s i ę na z e s ta w ie p rzep o n 5» 6 , 7 , 8 podłączo ny ch p rz e z otwór 9 z manometrami 10, 11, przepony e l a s ty c z n e od s t r o n y o - budowy p r z e k a z u j ą c i ś n i e n i e górotw oru na ma
nom etry. Obudowę szybu w k a r b o n ie s tan o w i r u r a z umocowanymi z zew
n ą t r z przeponami 14.
P rzepony p o łą czo n e są p r z e z r u r k i z manome
t r a m i 15. C i ś n i e n i e pionowe może być wy-
_ ^ , , , . . w ieran e p o przez podnoś-
R ys. 3. Model u p o d a tn io n e j obudowy F F
w c z a s i e e k s p l o a t a c j i n i k i 16 w przypadku dobrego u s z c z e l n i e n i a warstwy zawodnionej 18. P rzy niepewnym u s z c z e l n i e n i u warstwy wodonośnej c i ś n i e n i e pionowe może być wywierane p r z e z p rz e p o ny ( d ę t k i ) p o w ietrz n e 19, k t ó r e ró w n ież dobrze u s z c z e l n i a j ą obudowę szybu względem u r z ą d z e n i a 1 . Dla z m n ie js z e n ia t a r c i a warstw o ś c i a n ę wewnętrzną u r z ą d z e n ia u k ła d a s i ę na podwójną warstwę c i e n k i e j f o l i i posmarowanej t a l k i e m między ś c ia n k ą u - r z ą d z e n i a a warstwami w c z a s i e i c h u k ł a d a n i a .
B adanie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 87 M n iejszy wpływ t a r c i a warstw o obudowę szybu w c z a s i e i c h ś c i s k a n i a z góry w y s tą p i j e ż e l i n a j p ie r w u ło ż y s i ę warstwy i ś c i ś n i e do wymaganego c i ś n i e n i a , a n a s t ę p n i e w y w ierci otwór n a s z y b . Do t a k wywierconego otworu o p u szcza s i ę obudowę i wy
p e ł n i a p r z e s t r z e ń za obudową, a n a s t ę p n i e zawadnia s i ę warstwę 18 wodą p r z e z zawór 1 7.
Zwiększone n a p r ę ż e n i a i d e f o r m a c je góro tw o ru w y s tę p u ją w c z a s i e p ro w ad zen ia e k s p l o a t a c j i w f i l a r z e ochronnym s z y b u . 5 . Sposób b a d a n i a m o d e li w c e l u u s t a l e n i a w i e l k o ś c i deforma
c j i g oró tw o ru i je g o w sp ó łp racy z obudową
Dla u s t a l e n i a s p o so b u e k s p l o a t a c j i pokładów nach y lo n ych w f i l a r z e ochronnym szy b u o raz wpływu e k s p l o a t a c j i n a w y ro b isk a g ó r n ic z e można p r z e p ro w a d z ić b a d a n i a w a p a r a t a c h do t r ó j o s i o - wego ś c i s k a n i a , na modelach ( r y s . 4 , 5» 6 ) . Zachowanie s i ę s k a ł ekw iw alentnych i obudowy szybu w c z a s i e p ro w ad zen ia e k s p l o a t a c j i p o k ła d u można u s t a l i ć p rz e p ro w a d z a ją c b a d a n i a na modelu ( r y s . 4 ) .
Model ( r y s . 3) p o s i a d a u p o d a tn io n ą obudowę 1 w w arstw ie wy
b i e r a n e j 2 . S t r o p p o k ła d u w ybieranego p o d p ie ra n y j e s t s t o j a kami 4 o p ie r a ją c y m i s i ę o p ł y t k i z wyzwalaczami, do k tó r y c h umocowana j e s t l i n a 5» k t ó r a w c z a s i e b a d a n i a b ę d z i e s ł u ż y ł a do w y c ią g a n ia s to ja k ó w , a tym. samym do z w ię k s z e n ia p r z e s t r z e n i n ie p o d p a r te g o s t r o p u . Ńa t a k przygotowany model z a k ł a d a s i ę k o s z u lk ę gumową 7 , u góry p ł y t k ę dociskow ą 6 z a o p a tr z o n ą w k r ą ż e k z gumy 8 ( i m i t u j ą c y d z i a ł a n i e warstw n a d k ł a d u ) , a u d o ł u p ł y t k ę dociskow ą 9 . N a s tę p n ie k o s z u lk ę gumową z a k ła d a s i ę na czopy tłoków a p a r a t u wsuwa do n ie g o 'i przeprow adza b a d a n i a . W c z a s i e b a d a n i a l i n ą 5 r a b u j e s i ę s t o j a k i 4 w c e l u o - k r e ś l e n i a j a k zachowują s i ę s k a ł y s t r o p u i spągu o r a z obudowa w z a l e ż n o ś c i od w i e l k o ś c i w y b ie r a n e j k o s t k i przyszybow ej i c z a s u o d k s z t a ł c e n i a g ó ro tw o ru .
Wpływ zwiększonych c i ś n i e ń p r z e d czołem e k s p l o a t a c j i na zachowanie s i ę w y ro b isk a i w spó łp racę warstw g ó rotw oru można o k r e ś l i ć na po d staw ie b adań p rz e d s ta w io n y c h na modelu ( r y s . 5 ) .
86 K azim ierz P o d g ó rsk i delowo k o r z y s t n i e j j e s t badać wpływ c i ś n i e n i a na obudowę s z y bów w u r z ą d z e n iu przedstaw ionym n a r y s . '+,
Z u s ta l o n y c h d l a d a n e j obudowy g e o lo g i c z n e j górotw oru i k o n s t r u k c j i szybu ma
t e r i a ł ó w ekw iw alentnych b u d u je s i ę wewnątrz u - r z ą d z e n i a 1 sukcesyw
n i e warstwy 2 o raz szyb 3 z podszybiem 4 . Pod
s z y b ie b uduje s i ę na z e s ta w ie p rzep o n 5» 6»
7 , 8 podłączo ny ch p rz e z otwór 9 z manometrami 1 0, 11, przepony e l a s ty c z n e od s t r o n y o - budowy p r z e k a z u j ą c i ś n i e n i e górotw oru n a ma
n om etry. Obudowę szybu w k a r b o n ie s tan o w i r u r a z umocowanymi z zew
n ą t r z przeponami 14.
P rzepony p o łączo n e są p r z e z r u r k i z manome
t r a m i 15. C i ś n i e n i e pionowe może być wy-
~ - w ieran e p o p rzez poćLnoś-
R ys. 3. Model upod atn io neo obudowy _ *
*
w c z a s i e e k s p l o a t a c j i n i k i 16 w przypadku dobrego u s z c z e l n i e n i a warstwy zawodnionej 18. Przy niepewnym u s z c z e l n i e n i u warstwy wodonośnej c i ś n i e n i e pionowe może być wywierane p r z e z p rz e p o ny ( d ę t k i ) p o w ie trz n e 19, k t ó r e ró w n ież dobrze u s z c z e l n i a j ą obudowę szy b u względem u r z ą d z e n i a 1 . Dla z m n ie js z e n ia t a r c i a warstw o ś c i a n ę wewnętrzną u r z ą d z e n ia u k ła d a s i ę na podwójną warstwę c i e n k i e j f o l i i posmarowanej t a l k i e m między ś c i a n k ą u - r z ą d z e n i a a warstwami w c z a s i e i c h u k ł a d a n i a .
B adanie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 87 M n iejsz y wpływ t a r c i a warstw o obudowę szybu w c z a s i e i c h ś c i s k a n i a z góry w y s tą p i j e ż e l i n a j p ie r w u ło ż y s i ę warstwy i ś c i ś n i e do wymaganego c i ś n i e n i a , a n a s t ę p n i e w y w ierci otwór na s z y b . Do t a k wywierconego otworu o p u szcza s i ę obudowę i wy
p e ł n i a p r z e s t r z e ń za obudową, a n a s t ę p n i e zawadnia s i ę warstwę 18 wodą p r z e z zawór 17.
Zwiększone n a p r ę ż e n i a i d e f o r m a c je g ó rotw oru w y s tę p u ją w c z a s i e p ro w ad zen ia e k s p l o a t a c j i w f i l a r z e ochronnym s z y b u . 5 . Sposób b a d a n i a m o d eli w c e l u u s t a l e n i a w i e l k o ś c i deforma
c j i g o ró tw o ru i je g o w sp ó łp racy z obudową
Dla u s t a l e n i a spo so b u e k s p l o a t a c j i pokładów nach y lo ny ch w f i l a r z e ochronnym szy b u o ra z wpływu e k s p l o a t a c j i n a w y ro b isk a g ó r n ic z e można p rz e p ro w a d z ić b a d a n i a w a p a r a t a c h do t r ó j o s i o - wego ś c i s k a n i a , na modelach ( r y s . 4 , 5 , 6 ) . Zachowanie s i ę s k a ł ekw iw alentnych i obudowy szybu w c z a s i e p ro w ad zen ia e k s p l o a t a c j i p o k ła d u można u s t a l i ć p r z e p r o w a d z a ją c b a d a n i a na modelu ( r y s . 4 ) .
Model ( r y s . 3) p o s i a d a u p o d a tn io n ą obudowę 1 w w arstw ie wy
b i e r a n e j 2 . S t r o p p o k ła d u w ybieranego p o d p ie ra n y j e s t s t o j a kami 4 o p ie r a ją c y m i s i ę o p ł y t k i z wyzwalaczami, do k tó r y c h umocowana j e s t l i n a 5» k t ó r a w c z a s i e b a d a n i a b ę d z i e s ł u ż y ł a do w y c ią g a n ia s t o j a k ó w , a tym. samym dó z w ię k s z e n ia p r z e s t r z e n i n ie p o d p a r te g o s t r o p u . Ńa t a k przygotowany model z a k ł a d a s i ę k o s z u lk ę gumową 7» u góry p ł y t k ę dociskow ą 6 z a o p a tr z o n ą w k r ą ż e k z gumy 8 ( i m i t u j ą c y d z i a ł a n i e warstw n a d k ł a d u ) , a u d o ł u p ł y t k ę dociskow ą 9 . N a s tę p n ie k o s z u lk ę gumową z a k ła d a s i ę n a czopy tłoków a p a r a t u wsuwa dp n ie g o 'i p rzep ro w ad za b a d a n i a . W c z a s i e b a d a n i a l i n ą 5 r a b u j e s i ę s t o j a k i 4 w c e l u o - k r e ś l e n i a j a k zachowują s i ę s k a ł y s t r o p u i spągu o ra z obudowa w z a l e ż n o ś c i od w i e l k o ś c i w y b ie r a n e j k o s t k i przyszybow ej i c z a s u o d k s z t a ł c e n i a g ó ro tw o ru .
Wpływ zwiększonych c i ś n i e ń p r z e d czołem e k s p l o a t a c j i na zachowanie s i ę w y ro b isk a i w sp ó łp racę warstw góro tw oru można o k r e ś l i ć na p o d staw ie b adań p rz e d s ta w io n y c h na modelu ( r y s . 5 ) .
88 K azim ierz P o d g ó rsk i
A -A
Hys. 4-a. Schemat u rz ą d z e ń
B ad an ie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 85
R y s . 4-b. Widok zew n ętrzn y u r z ą d z e n i a
90 K azim ierz P o d g ó rsk i
Rys. 5. Model góro tw o ru z w yro b isk iem korytarzowym
B adanie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 91
R y s* Model g ó ro tw o ru z wykonanym szybem i podszybiem pod którym prowadzona j e s t e k s p l o a t a c j a w p o k ła d z ie
92 K azim ierz P o d g ó r s k i Warstwy 1 te g o modelu w y cięte s ą z m a te ria łó w ek w iw ale n tn y ch - g ó rotw o ru o stromym z a l e g a n i u w arstw . W warstw ach ty c h wykona
ne j e s t w yrobisko k o ry ta rz o w e z obudową murową 2 . Na model za
ło ż o n a j e s t k o s z u lk a gumowa 3* Dla o sło ny k o s z u l k i gumowej 3 p r z e d j e j uszkodzeniem w m i e js c u wlotów do w y ro b isk a z a k ła d a s i ę p ł y t y 4 , 5 z r o z p o r ą 6 i u szcze lk am i 7» 3 . Tak p r z y g o to wany model można włożyć do a p a r a t u i p rz ep ro w ad zić b a d a n ia p rz y ró żn y ch c i ś n i e n i a c h pionowych i b o cznych. W ykorzystując w yniki b ad ań można o k r e ś l i ć k s z t a ł t o w a n i e s i ę c i ś n i e ń na obu
dowę i j e j w sp ó łp racę z górotworem w c z a s i e .
W c e l u z b a d a n ia Jak wpływa prowadzona e k s p l o a t a c j a w f i l a r z e na szyb i p o d szy b ie można p rz e p ro w a d z ić b a d a n ia na modelu ( r y s . 6 ) . Model t e n p o s ia d a k s z t a ł t p r o s t o p a d ł o ś c i a n u zbudo
wany J e s t on z warstw nach y lon y ch 1 , górną warstwę s tan o w i gu
ma 2 lu b tworzywo s z tu c z n e z p i e r ś c i e n i e m stalowym 3 z a b e z p ie czającym p r z e d w c iś n ię c ie m e l a s t y c z n e j warstwy 2 do otworu 7 pod wpływem c i ś n i e n i a bocznego i pionowego. Warstwa w k t ó r e j b ę d z i e prowadzone w y b ie r a n ie p o k ład u o to c zo n a J e s t p i e r ś c i e niem u s zty w n iający m 4 .
Wyrobiska poziome w modelu z a b e zp iec zo n e s ą podkładkami gu
mowymi 5 i p ły tk a m i stalow ym i 6 w c e l u p r z e c i w d z i a ł a n i a p r z e d o s ta w a n ia s i ę o l e j u p o p rz e z k o s z u lk ę . Do p o w ie rz c h n i modelu i w y ro b isk a umocowane s ą c z u j n i k i s łu ż ą c e do pomiaru o d k s z t a ł ceń . Przewody ł ą c z ą c e c z u j n i k i wyprowadzone s ą otworem 7 . Otwo
rem 7 doprowadzone s ą l i n y 8 , k t ó r e po p r z e j ś c i u p rz e z k r ą ż k i k i e r u j ą c e mogą swoimi z a c isk am i u r a b i a ć w ę g i e l . Przesu w an ie l i n y tam i z powrotem powoduje s kraw an ie p o k ład u w ęgla. Uro
b io n y w ę g ie l odprowadzany J e s t p r z e z g i ę t k ą r u r ę 9 p rz e c h o d z ąc ą p r z e z otwór 7 . Odprowadzanie uro b io n eg o węgla może odby
wać s i ę d ro g ą o d s y s a n ia wrębowin.
W c z a s i e p o s tę p u f r o n t u e k s p lo a t a c y j n e g o Jak i po Jego za
tr z y m a n iu dokonywane s ą pomiary c i ś n i e ń wywieranych na model i Jego o d k s z t a ł c e n i a . Pomiary t e u m o ż liw iają le p s z e poznanie procesów to w arzy sząc y ch w y b ie ra n ie p o k ła d u . W c e l u z o r i e n t o wania s i ę Jak p r z e m i e ś c i ł y s i ę warstwy s k a ln e można w tłoc zy ć do wyrobisk modelu ro z tw ó r w iążący i po Jego s tw a r d n ie n i u p r z e
Badanie m o d e li g ó ro tw o ru w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a . . . 93 c i ą ć p i ł ą model w k i l k u m i e j s c a c h . P r z e c i ę t e p o w ie rz c h n ie o - s z l i f o w a ć i wykonać z d j ę c i a . Z d j ę c i a t a k i e d o k ła d n ie o b r a z u j ą s t a n d e f o r m a c j i modelu. W o p a r c i u o przeprow adzone b a d a n i a w c z a s i e b ę d z i e można d o k ł a d n i e j o p is a ć i t e o r e t y c z n i e opracować wzory matematyczne s ł u ż ą c e do o k r e ś l a n i a w sp ó łp ra c y obudowy z warstwami g ó ro tw o ru . Wzory t e mogą p o s łu ż y ć ró w n ież do o b l i c z a n i a c i ś n i e ń g ó ro tw o ru na obudowę w y ro b isk g ó r n i c z y c h , za
p r o j e k t o w a n i a n a j w ł a ś c i w s z e j obudowy o ra z s p o so b u p ro w ad zen ia e k s p l o a t a c j i w f i l a r a c h och ro n n y ch.
Zakończenie
Podane zasady p o d o b ie ń stw a modelowego k o n s t r u k c j i m o d e li do badań w tró jo sio w y m s t a n i e n a p r ę ż e ń um ożliw ią nam zbad an ie wpływu c i ś n i e n i a g ó ro tw o ru na obudowę. Tak o k r e ś lo n y s t a n na
p r ę ż e ń i c i ś n i e ń na obudowę odpowiada p rzeb iego m rz ec zy w isty m w g ó r o tw o r z e . •
B adanie w u r z ą d z e n iu przed staw io n y m na r y s . 3 zezw ala n a o k r e ś l e n i e wpływu c i ś n i e n i a od g ó ro tw o ru zawodnionego. Mniej dokładnym ro zw iązan iem j e s t b a d a n ie w a p a r a c i e tr ó j o s i o w e g o ś c i s k a n i a z z a ło ż o n ą na model k o s z u l k ą gumową ( r y s . 1 , 2 , 4 , 5 , 6) ponieważ n a b a d a n e j w y so k o ści p r ó b k i w y stę p u je jednakowe p a r c i e boczne c i e c z y p o p rzez k o s z u lk ę na p r ó b k ę . Zaproponowa
ny sposób b adań w tró jo sio w y m s t a n i e n a p i ę c i a j e s t w ię c e j z b l i żony do r z e c z y w i s t o ś c i n i ż przeprow adzone b a d a n i a w p ła s k im s t a n i e n a p i ę c i a .
LITERATURA
[1 ] Kuźniecow G .H ., Budko M.N.: I s u c z e n i j e p r o j e w l e n j i g ó rn e go d a w le n ia na m o d elach. Moskwa 1959.
[2 ] K id y b iń s k i A ., B i l i ń s k i A .: Modele ek w iw alen tn e do modelo
w ania g ó ro tw o ru - opracow anie GIG-u 1959.
[3] P i n d e r a J . T . : Reolog-iczne w ła s n o ś c i m a te r ia łó w modelowych.
Warszawa 1962 r .
94 K azim ierz P o d g ó r s k i [ 4 ] R e i n e r M.s R e o lo g ia t e o r e t y c z n a . Warszawa 1958.
[ 5 ] Walczak J . s Wytrzymałość m a te ria łó w o ra z podstawy t e o r i i s p r ę ż y s t o ś c i i p l a s t y c z n o ś c i - t. I I . Warszawa 1967.
HCCJIEflOBAHHE MOflEJIEfl TOPHHX IiOPO fl B TPEXOCEBOM COCTOHHHH HAIIPiDKEHMH
P e 3 n m e
B p a f i O T e n p e j C T a B J i e H O n p H H n z n b i M O j e j i Ł H o r o c x o j t C T B a , K O H n e p u n n
pememfa HeKOTopHx MOflejreR, HMHTHpymnHX ropHyro noposy b MecTe
C BtUJOJIHHeMHMZ B H p a Ó O T K a M K .
EXAMINATION OF ROCK MODEIfi IN THE TRIAXIAL TENSION STATA S u m m a r y
I n th e p a p e r t h e p r i n c i p l e s o f model s i m i l a r i t y have b een g i v e n , a s w e l l as t h e new i d e a o f making some m odels, r o c k i m i - t a t i n g w ith t h e i r w o rk in g s.